非線性負(fù)載機(jī)組選型

1、關(guān)于非線性負(fù)載機(jī)組選型問題注意對于非線性負(fù)載對油機(jī)的帶載性能影響問題在有關(guān)技術(shù)文件上已有了不同層次的闡述，因不同的負(fù)載影響程度不同，也不能采用一個統(tǒng)一的公式進(jìn)行計算來解決，因此本文就一些原則作一些說明：1、 負(fù)載性質(zhì)根據(jù)負(fù)載的特性可分為線性負(fù)載和非線性負(fù)載。線性負(fù)載：電壓和電流之間是線性關(guān)系的負(fù)載。常見的線性負(fù)載有加熱器、白熾照明燈、變壓器、直接啟動或傳統(tǒng)降壓啟動方式的電動機(jī)等。線性負(fù)載根據(jù)電壓和電流的相位關(guān)系又可分為電阻性（如電阻、電爐、白幟燈等）、電感性（如感應(yīng)電動機(jī)、變壓器等）、電容性（如電容器等）負(fù)載。非線性負(fù)載：電壓和電流之間是非線性關(guān)系的負(fù)載。在負(fù)載投入、運(yùn)行過程中，電壓、電流的關(guān)

2、系是經(jīng)常變化的，其波形也不是我們常說的正弦交流波，而是含有不光滑的畸變成分，根據(jù)數(shù)學(xué)的方法可分解為基波和一系列的高次諧波，主要是5次、7次等奇次諧波。2、 常見非線性負(fù)載的類型典型的非線性負(fù)載：（1） 軟起動器（可控硅電動機(jī)啟動器）.（2） 開關(guān)電源、UPS - ( 逆變元件,電池充電器).（3） 變頻控制的電動機(jī)、起重機(jī)、電梯、泵等制造過程控制 (如溫控箱、爐、加熱器).（4） 電子數(shù)據(jù)圖象設(shè)備 電視、電影等無線電發(fā)射設(shè)備，可控?zé)艄庠O(shè)備（5） 電信通信設(shè)備（6） 整流器、熒光燈等3、 現(xiàn)代負(fù)載的概念隨著電子技術(shù)越來越廣泛的應(yīng)用，從我們?nèi)粘Ｉ钏玫降碾姎庠O(shè)備（如熒光燈、電視機(jī)、變頻空調(diào)）到工

3、業(yè)生產(chǎn)常用的設(shè)備（如變頻電機(jī)、軟啟動電動機(jī)、高溫爐），再到我們公司最重要的行業(yè)市場（如通信行業(yè)設(shè)備、機(jī)場無線電發(fā)射設(shè)備、機(jī)場跑道調(diào)光燈、油田鉆機(jī)等），已不再是傳統(tǒng)的感性負(fù)載為主的線性，而是以非線性負(fù)載特性為主或多多少少都含有非性成分的負(fù)載。因此有專家提出了現(xiàn)代負(fù)載的概念來統(tǒng)稱這類負(fù)載。提出現(xiàn)代負(fù)載概念對整個供電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、電氣制造行業(yè)都有了更新的要求。一方面是要求生產(chǎn)這類負(fù)載設(shè)備的廠家要從自己生產(chǎn)的設(shè)備上進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，以減少對電網(wǎng)的影響，另一方面也對整個供配電系統(tǒng)有更高的要求。作為我們公司這樣的柴油發(fā)電機(jī)組制造商更是要充分考慮到這一新的變化趨勢，因為發(fā)電機(jī)組是一個容量相對很小的電源設(shè)備，更

4、容易受到非線性負(fù)載的干擾而無法正常工作，尤其是用戶對這些方面不能充分認(rèn)識時更可能會對我們的設(shè)備產(chǎn)生誤會。4、 非線性負(fù)載的影響柴油發(fā)電機(jī)組在帶動非線性負(fù)載時如果選型匹配不當(dāng)會產(chǎn)生如下不正?，F(xiàn)象：（1）發(fā)電機(jī)組的輸出電壓突然增高到440V以上，而且極不穩(wěn)定。（2）發(fā)電機(jī)組測量儀表或控制器檢測到的輸出頻率在40-60Hz之間波動，極不穩(wěn)定。（3）發(fā)電機(jī)組在出現(xiàn)頻率或電壓異常的同時出現(xiàn)嚴(yán)重的機(jī)械共振現(xiàn)象，柴油機(jī)出現(xiàn)有節(jié)奏的搖擺和聲音起伏，迫使柴油發(fā)電機(jī)組的保護(hù)裝置動作或必須人工保護(hù)停機(jī)。（4）非線性負(fù)載的高次諧波導(dǎo)致反常的導(dǎo)體發(fā)熱，損壞發(fā)電機(jī)的繞組、勵磁回路和AVR。下圖顯示的是正常的正弦電壓波形和

5、畸變的電壓波形。（5）負(fù)載設(shè)備因檢測到電壓或頻率的異常而自動切斷電源開關(guān)，如果是UPS負(fù)載，將由后備電池組向負(fù)載放電或從旁路直接向負(fù)載供電。5、 解決問題的方法（1）選擇發(fā)電機(jī)的勵磁方式新型發(fā)電機(jī)由于多采用無刷勵磁方式，分為自勵式和他勵式，以我司標(biāo)配的STAMFORD發(fā)電機(jī)為例，其勵磁方式如下表： 型號KJ44E及以下； 其他出口機(jī)型備用功率44kVA及以下KJ44E（不含）-KM750E UC2、HC4、HC5，可加裝PMG無刷自勵KM825E及以上LV6、HC7、P7，PMG盡可能采用無刷永磁式勵磁交流發(fā)電機(jī)是提高發(fā)電機(jī)組帶非線性負(fù)載最經(jīng)濟(jì)方便的方法。永磁勵磁系統(tǒng)由五部分組成：發(fā)電機(jī)主勵磁

6、繞組（轉(zhuǎn)子），永磁發(fā)電機(jī)（PMG），自動電壓調(diào)節(jié)器（AVR），勵磁機(jī)和旋轉(zhuǎn)二極管。下圖是無刷永磁式勵磁交流發(fā)電機(jī)的工作原理圖，在這個系統(tǒng)中有以下幾個特點(diǎn)：（A）由于PMG系統(tǒng)提供一個與定子輸出電壓波形畸變及大小無關(guān)的恒定的勵磁電源，因而能提供較高的電動機(jī)起動承受能力，并對非線性負(fù)載產(chǎn)生的主機(jī)定子輸出電壓的波形畸變具有抗干擾性，可提高發(fā)電機(jī)帶非線性負(fù)載能力。（B）AVR檢測三相輸出電壓（三相方均根檢測），具有精度極高的穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率（通?？蛇_(dá)±0.5%）。無需另外加裝標(biāo)配發(fā)電機(jī) BC系列，無刷自勵可加裝PMG 不能加裝備注KJ44E以前是用UCI224C發(fā)電機(jī)，06年可改型BC184J

7、（C）更強(qiáng)的抗無線電干擾能力。（D）更強(qiáng)的承受短路電流能力（通?？蛇_(dá)3倍額定電流，持續(xù)10S）。（2）在不增加柴油機(jī)功率的條件下配置一臺較大容量的發(fā)電機(jī)，以提高機(jī)組帶非線性負(fù)載的能力。通常柴油機(jī)和發(fā)電機(jī)的功率匹配關(guān)系是柴油機(jī)凈輸出機(jī)械功率略大于發(fā)電機(jī)功率（在此不詳細(xì)論述），發(fā)電機(jī)輸出功率一般可以按照下表的參考值進(jìn)行選擇：發(fā)電機(jī)和非線性負(fù)載功率匹配關(guān)系 整流技術(shù)采用6脈沖整流技術(shù)采用12脈沖整流技術(shù)采用單相整流技術(shù)采用高頻脈寬調(diào)制技術(shù) Sg=3-3.5Su Sg=2.5-3Su Sg=4-5Su Sg=2-3Su 功率匹配關(guān)系注：（A）Sg表示發(fā)電機(jī)的標(biāo)稱功率（kVA），Su表示負(fù)載的標(biāo)稱功率（

8、kVA）：（B）發(fā)電機(jī)采用永磁他勵式（PMG）發(fā)電機(jī)、AVR三相電壓檢測并采取隔離變壓器將發(fā)電機(jī)組輸出電壓經(jīng)過隔離后再輸送到AVR。（3）選型前需了解的設(shè)備資料由于非線性負(fù)載選型是一個比較復(fù)雜的過程，只應(yīng)用上面的方法可能很難準(zhǔn)確進(jìn)行選用，有時甚至根本無從識別負(fù)載的類型，所以最好的辦法是能夠向用戶說明非線性負(fù)載選型的重要性，并盡可能要求提供以下資料：（A） 基本負(fù)載的容量（B） 負(fù)載投入的順序（C） 非線性負(fù)載是采用單相整流技術(shù)還是三相6脈沖或12脈沖整流技術(shù)（D） UPS的后備電池充電電流為多大，并計算充電容量（E） 設(shè)備所允許的電壓畸變量是多少根據(jù)以上資料一般可以比較準(zhǔn)確的進(jìn)行選型。確保用戶

9、的投資最優(yōu)。6、 我司在實踐過程中碰到的一些案例（1） 深圳有線電視臺KJ44ECV車載電站帶15kVA UPS的案例。我們通過試驗的方式確定選用了4039DF008柴油機(jī)和UCI224F柴油機(jī)并加裝PMG（2） 海航樂東機(jī)場KJ80E機(jī)組帶跑道調(diào)光燈。實際負(fù)載總量大約在50kW左右，但用KJ80E機(jī)組帶載時電壓、頻率都波動非常大，通過選用6068TF258+UCI274D并加裝PMG（功率為125kVA）來解決。（3） 某通信用戶UPS負(fù)載容量大約在10kVA左右，標(biāo)準(zhǔn)KJ44E無法帶動，通過加裝PMG解決。（4） 某通信用戶UPS負(fù)載容量大約在40kVA左右，標(biāo)準(zhǔn)KJ110E無法帶動，通過加裝PMG解決。7、 對電動機(jī)負(fù)載的說明（1） 電動機(jī)雖然不是非線性負(fù)載，但是由于控制方式上常用了軟啟動器、變頻控制的手段，也屬于非線性負(fù)載考慮的范疇。（2） 電動機(jī)由于啟動時電流會比正常電流大若干倍，功率因數(shù)又非常低，所以會造成發(fā)電機(jī)端電壓下降，可能會造成配電設(shè)備保護(hù)動作，同時頻繁起動可能造成發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子燒壞。當(dāng)電動機(jī)容量較大時也要進(jìn)行發(fā)電機(jī)的特殊選型。這類情況主要是工廠用戶、大樓的消防水泵、消防電